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Fe、Cr、Ni及其氧化物在NaCl、KCl熔盐中的腐蚀及机理

郭贵芬  
【摘要】:近年来,包括中国在内的许多国家大力发展垃圾焚烧计划,以减轻工业和生活垃圾对环境的压力,并尽可能利用垃圾中热值高的部分供热、发电,充分利用资源。但在焚烧处理垃圾过程中,焚烧设备受到的腐蚀问题也同益突出,很多设备的实际寿命达不到设计寿命。本文主要从保护性氧化膜与因熔融氯盐反应遭到破坏的机理来讨论垃圾焚烧环境中沉积盐引起的热腐蚀。 从澄清保护性氧化膜在熔盐中溶解失去保护作用的机制来研究材料在氯盐中的耐蚀性作为前提,需要更多的有关氧化物在氯盐中溶解度的数据。本论文对Fe_2O_3、Cr_2O_3、NiO在NaCl、KCl熔盐中的溶解度进行了研究,发现Fe_2O_3、Cr_2O_3、NiO在NaCl及KCl熔盐中的溶解同其在Na_2SO_4熔盐、NaCl-KCl共晶熔盐、NaCl-KCl-Na_2SO_4-K_2SO_4混合熔盐中的有相近的溶解趋势。Cr_2O_3在NaCl及KCl熔盐中的溶解度高于Fe_2O_3、NiO的溶解度,且Cr在熔盐中易以CrO_4~(2-)的形式发生溶解。 在此基础上论文又对Fe、Cr、Ni纯金属在不同碱度KCl熔盐中的腐蚀情况进行了对比研究,发现与中型环境相比,Fe、Cr、Ni纯金属在碱性KCl熔盐中的腐蚀失重要小的多,氧化膜厚度降低且与基体有更好的结合性。纯 Cr在该腐蚀环境中没有提供良好的保护性能,这与Cr_2O_3在熔融盐中容易以CrO_4~(2-)的形式发生溶解有关。纯Ni表现出最为优异的耐蚀性,腐蚀初期后不再有明显的减重,减重趋势渐趋平缓。最后提出通过改变熔盐碱度使氧化膜在熔盐中的溶解速度降低,从而可以找到一种在熔融氯盐中提高材料使用寿命的途径。 通过分析高温环境下Fe_2O_3、Cr_2O_3、NiO与NaCl反应的动力学并利用XRD确定反应产物,发现NaCl与金属氧化物在高温下的反应导致明显的失重现象,说明存在 NaCl/C1_2(g)/挥发性金属氯化物的挥发。Na_2O.M_2O_x和金属氯化物是NaCl与金属氧化物反应过程中常见的反应产物。


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